Artikel-artikel yang dipublilcasikan dalam Jumal edisi ini telab ditelaab oleb tim reviewer:

Dr. Ir. Ratih Dewanti Hariyadi, Departemen I/mu dan Teknologi Pangan, FATETA-IPB-BOGOR

Dr. Ir. Budiasih Wahyuntari, BPPT-JAKARTA

Dr. Ir. Harsi D. Kusumaningrum, Departemen I/mu dan Teknologi Pangan, FATETA-IPB-BOGOR

Dr. Ir. Wuryaningsih, Pusiptek Serpong-TANGERANG

Prof. Dr. Ir. Betty S. L. Jenie, Departemen I/mu dan Teknologi Pangan, FATETA-IPB-BOGOR

Dr. Ir. Siswa Setyahadi, BPPT, JAKARTA

Dr. Ir Hanifah Nuryani Lioe, Departemen I/mu dan Teknologi Pangan, FATETA-IPB-BOGOR

Dr. Ir. Achmad Subagio, FATETA-UNEJ-JEMBER

Prof. Dr. Ir. Sutardi, FATETA-UGM-YOGYAKARTA

Dr. Ir. M. Axpah, Departemen llmu dan Teknologi Pangan, FATETA-IPB-BOGOR

Drb. Dr.Ekowati Handharyani, FKH - IPB-BOGOR

Pro( Dr. Ir. Tien R. Muchtadi, Departemen I/mu dan Teknologi Pangan, FATETA-IPB-BOGOR

Prof.drh. MST.Pb.D Dondin Sajuthi, FMIPA-IPB-BOGOR

Prof. Dr. Ir. Fransiska R. Zakaria, Departemen I/mu dan Teknologi Pangan, FATETA-IPB-BOGOR

Dr. Hermana, PUSLJTBANG GIZI-BOGOR

Prof Dr. Ir.Simon Bambang Widjamako,FATETA-UNJBRA W-MALANG

Dr. Ir. Sugiyono, Departemen I/mu dan Teknologi Pangan, FATETA-IPB-BOGOR

Dr. Ir. Sutrisno, Departemen Tekniki Pertanian, FATETA-IPB-BOGOR

Prof. JURNAL

TEkNOLOGI& INDUSTRI PANGAN

Copyright @ 2008

Penanggung Jawab

Dr. Ir. Dahrul Syah (Ketua Departemen Umu dan Teknologi Pangan

Fakultas Teknologi Pertanian, IPB)

Dr. Ir. Purwiyatno Hariyadi (Ketua Umum PA TPI)

Ketua Dewan Redaksi

Prof. Dr. Ir. C. Hanny Wijaya, M.Agr

Anggota Dewan Redaksi

Prof. Dr. Ir. Deddy Muchtadi

Prof. Dr. Ir. Maggy T. Suhartono

Prof. Dr. Soewarno T. Soekarto, MSc

Prof. Dr. Ir. Betty S. L. Jcnie, MS

Dr. Ir. Ratih Dewanti -Hariyadi, MSc

Prof. Dr. Ir. Winiati Pudji Rahayu, MS

Dr. Ir. Nurheni S. Pa1upi, MS

Prof. Dr. lr. Fransiska R. Zakaria, MSc

Dr. Ir. Harsi D. Kusumaningrum

Dr. Ir. Lilis Nuraida, MSc

Dr. Ir. Tejasari, MSc

Prof. Dr. Ir. Umar Santoso, MSc

Dr. Ir. Siswa Setyahadi

Dr. Ir. Sri Widowati, MappSc

Produksi dao Lay-out

Ir. Sutrisno Koswara, MSi

Ina Herlina

Distribusi, Promosi dan Iklan

Prof. Dr. Ir. C. Hanny Wijaya, M. Agr

Dr. Ir. Endang Prangdimurti, MSi

Keuangan

Ir. Nur Wulandari, MSi

'SS\" 1cr9 788 \ O l l" 'l E \~ '\O:\IOR 1

Juni 2009

J11mal Teknologf dan /ndustri Pa11gan adalah jumal resmi Perhimpunan Ahli Teknologi Pan Indonesia (PA TPl) yang diterbitkan bekerjasama den Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fakul Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

Jumal Teknologi dan Industri Pangan terbit 2 kal i setah yaitu bulan Juni & Desember, mcmpublikasikan hasil­penelitian dalam bidang ilmu dan teknologi meliputi penelitian di dalam bidari.g paogan dan gizi. menginfonnasikan berbagai paket iodustri, ulasan ii komunikasi singkat dan infonnasi Jain (seperti pro il<lal))4 • mengenai perkembangan teknologi dan in pangan dari anggota PATPI maupun non artggota PA Jurnal Versi online dapat dilibat di www ·umal an

Iklan dapat berupa produk baru, rancangan proses peralatan, serta pelayanan dan jasa yang akan minat para peneliti di lembaga-lembaga pem · mauptm para pakar teknologi pangan di industri. proniosi dan iklan hams diterima paling lambat 5 sebelum penerbitan.

Infomasi clan korespondensi sekretariat Jumal Teknologi Pan Departemen llmu dao Teknologi Pangan, F Telmologi Pertanian, lnstitut Pertanian Bogor. Kampus Darmaga Kotak Pos 220, Bogor 16002 Telp. (0251) 620069-626725 Fax. (025 I) 626725 E-mail : f09dtecb@indo.netid

Jumal Teknologi dan lndustri Pangan meogucapkan kasih .atas banyaknya paJtisipasi naskah dari para Se,bubungan dengan keterbatasan mitra bestari clan j halaman jurnal, kami mohon kesabaran para penulia menunggu giliran publikasi, scrta ~ menaati waitu pmgembaliao naskah hUil perbaik.an.

Sesuai dengan himbaum dari Pusat DokumentaSi .informasi Ilmiah·LIPI. mutai nomor ini ISSN J~ ~darinomor 0216-2318menjadi 1979-7788. maldum.

ISi

HaAI Penelitian

1 Peng:arU Berbagai K...w P~ '4an Penyimpanan Susu Formula pada Pertumbulwa Spora Badlba uratS 4-Clsalriiilium perjingens. [The growth of Bacillus oereus and Clostridium petfringens ~ IWlilm" ,a variety of preparation and storage condition]

Maya Purwanti, Mirnawati Sudarw_,.,,, IF.in'iati P. Rahayu, dan A. Winny Sanjaya

9 Penggunaan Xllanase Strept01nyce:s sp.. 45 1-3 A ail untuk Hidrollsis Xilan Tongkol Jagung [Immobilization of Extracellular Xylaoase fimn Streptomyces sp. 45 I-3 for

·Hydrolysis of Corncob Xylan ] Anja Meryandini, Titi Candra Sunarti, Ferry Muna, Niken Financia Gusmawati, dan Yu/in Lestari

17 Modifikasi Pati Garut (Marantha arundinacea) dengan Perlakuan Siklus Pemanasan Subu Tinggi-Pendlnginan (Autoclaving-Cooling Cycling) untuk Mengbasilkan Pati Resisten Tipe ill (Arrowroot (Marantha arundinacea) Starch Modification Through Autoclaving-Cooling Cycling Treatment to Produce Resistant Starch Type Ill]

Sugiyono, Ratih Pratiwi, dan Didah Nur Faridah

25 Optimasi Teknik Pembuatan Tablet Effervescent Sari Buab dengan Response Surface Method [Optimization of Processing Technique of the Fruit Juice Effervescent Tablet with Response Surface Method]

Ansar, Budi Rahardjo , Zuheid Noor, dan Rochmadi

32 Kajian Formulasi Biskuit Jagung dalam Rangka Substitusi Tepung Terigu [Study on Com Biscuit Formulation to Subtitute of Wheat Flour]

Cynthia Gracia CL, Sugiyono, dan Bambang Haryanto

41 Analisis Enzim Alanin Amino Transferase (ALAT), Aspartat Amino Transferase (ASAT), Urea Darah, dan Histopatologis Hati dan Ginjal Tikus Putih Galur Sprague­Dawley setelah Pembelian Angkak (The Effects of Angkak Administration in Sprague­Daw/ey White Rats on Alanine Amino Transferase (ALAT) and Aspartic Amino Transferase (ASA T) Enzyme, Blood Urea, and Liver and Kidney Histopathology Test]

Hasim Danuri

50 The Effect of Ethylene in Maintaining Quality of Tomato Slices Darwin H. Pangaribuan

56 Evaluasi Nilai Gizi Pati Resisten pada Prociuk Kerupuk dari Empat Jenis Pati [Nutritional Evaluation of Resistant Starch of Crackers Made of Four Kinds of Starch]

Rosida

61 Pengaruh C..Cl2 dan Edible Film terhadap Penghambatan Chilling Injury Buah Nangka Kopas [Effect of CaCh and Edible Film on Chilling Injury Inhibition of fresh-cut Jackftuits]

Ida Bagus Banyuro Partha, Suparmo, Moh. Ali Joko Wasono dan Maria Ulfah

69 Pengarub Kadar Air, NaCl dao Jumlab Passing terbadap Karakteristik Reologi Mi Jaguog [The Effect of Moisture, NaCl and Number of Passing on Com Noodle Rheological Properties]

Tjahja Muhandiri dan Subarna

Komunikasi Singkat

76 Panduaog Umum Penulisan Naskab Publikasi Dmiab

77 lnformasi Pameran dan Seminar

:

Hasil Penelitian J .Teknol. dan Industri Pangan, Vol. XX No. 1 Th. 2009

PENGGUNAAN XILANASE Streptomyces sp. 45 1·3 AMOBIL UNTUK HIOROLISIS XILAN TONGKOLJAGUNG

[Immobilization of Extracellular Xylanase from Streptomyces sp. 45 1-3 for Hydrolysis of Corncob Xylan ]

Anja Meryandini11.21, Titi Candra Sunarti31, Ferry Mutiall, Niken Financia Gusmawati•l, dan Yulin Lestari21

1lPusat Penelitian Sumberdaya Hayati dan Bioteknologi IPB,Gedung PAU, Kampus IPB Darmaga 16680 2lDepartemen Biologi, FMIPA-IPB, Gedung Fapet Lt 5 Wing 1, Kampus IPB Darmaga 16680

3lDepartemen Teknologi lndustri Pertanian, FATETA-IPB, Kampus IPB Darmaga 16680 4)PS Bioteknologi-Sekolah Pasca Sarjana IPB, Gedung PAU, Kampus IPB Darmaga 16680

Autor korespondensi: ameryandini@yahoo.com

Diterima 15 Desember 2008/Disetujul 13 Juni 2009

ABSTRACT

Xylsn extraction from corncob is done by using alkaline as solvent. Xylan extraction from comcob could give the yields as 10.9%. One percent of corncob xylan is useti as substrate to produce the xylanase, compared to oatspelt xylan.

Immobilization of xylanase was performed using 1% EudragifTll S100 solution (wlv), with 5:1 volume ratio of xylanase and 1 % EudragifTM S100 (wlv). Activity of the immobilized xylanase was decteased to 23.97% compared with free xylanase. Immobilized xylanase have optimum pH and temperature at 6.0 and 40't: respectively, have also thermal stability at 30-40't: for an hour. /mmob11ized xy/anase could be reused, but its activity decreased to 52.38% after 3 times application.

Key words : x11anase, Streptomyces, amobile

PENDAHULUAN

Peningkatan hasil pertanian diikuti pula dengan peningkatan llmbah hasil pertanian. Limbah-limbah ini kemudian menimbulkan masalah pencemaran lingkungan. Umumnya limbah hasil pertanian ini masih mengandung sejumlah nutrien, sehingga dapat dikonversi menjadi produk yang memiliki nilai ekonomi atau dimanfaatkan sebagai medium pertumbuhan mikroorganisme. Pemanfaatan limbah hasil pertanian ini akan menanggulangi masalah pencemaran.

Tongkol jagung merupakan salah satu limbah pertanian yang melimpah karena jagung merupakan salah satu sumber utama karbohidrat setelah beras. Berdasarkan data Badan Pusat Statistik produksi jagung tahun 2004 mencapai 11 ,35 juta ton sehingga limbah tongkol jagung pun melimpah. Anonim (1981) menyatakan bahwa tongkol jagung mengandung selulosa (40%), hemiselulosa (36%) dan lignin (16%) serta zat-zat lainnya (8%). Komponen utama selulosa adalah xilan yang dapat dihidrolisis oleh xilanase. Berbagai macam mikroba, baik bakteri, kapang, dan khamir dilaporkan mampu menghasilkan xilanase dan salah satunya adalah genus Streptomyces. Streptomyces sp. 451-3 memiliki xilanase dengan aktivitas optimum pada 50°C dan pH 5 (Meryandini et al., 2007).

Enzim amobil memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan enzim bebas yaitu: 1. mengurangi biaya pemakaian enzim, 2.memudahkan pemisahan enzim dari

9

produk dan larutan reaksi sehingga dapat menghentikan reaksi dengan cepat (atau vice versa), 3.mengurangi masalah effluen, 4. dapat digunakan dalam proses sinambung, dalam pengembangan sistem reaksi multienzim berulang, dan 5. pada beberapa kasus, dapat meningkatkan stabilitas (Shuler dan Kargi 2002). Karenanya tujuan penelitian ini adalah melakukan amobilisasi dan karakterisasi enzim xilanase amobil yang dihasilkan oleh Streptomyces sp. 451-3 menggunakan matriks Eudragit™ S 100 dan menggunakannya untuk mendegradasi xilan yang berasal dari tongkol jagung.

METODOLOGI

Bahan dan alat Bahan utama adalah tongkol jagung varietas Bisma

yang berasal dari Balai Penelitian Bioteknologi, Cirnanggu, Bogor. Bahan kimia yang digunakan yaitu NaOH, HCI, H250., Cuso •• Na2so •• etanol, aseton, larutan detergen netral (NOS), larutan detergen asam (ADS), NaOCI, xilan oatspelt, xilan tongkol jagung, sukrosa, ekstrak khamir, larutan buffer sitrat fosfat, asam dlnitrosalisilat (DNS), dan fenol.

l

B asil Penelitian

Metode

Karakterisasl dan ebtraksi xilan dari tongkof jagung Proses delignlikasi dilakukal terhadap bubuk

tongkol jagung dengan pelarut nabium hipoldorit (NaOCI). Ekstraksi xilan dari tongkol jagung ~ berdasarlcan penelitian Anggraini (2003) dengan menggunakan pelarut NaOH 15%. Karakterisasi tongkol jagung meliputi kadar air, kadar abu, kadar serat kasar, kadar protein, kadar lignin, kadar selulosa dan kadar hemiselulosa.

Penentuan konsentrasi media penginduksi xilanase lsolat Streptomyces spp. diinokulasikan pada media

yang mengandung xilan (1% ekstrak khamir, 10.3% sukrosa, dan 0.5% xilan) atau 0.5%, 1%, dan 1.5% xilan tongkol jagung. Aktivitas xilanase diukur dengan metode DNS berdasarkan Miller (1959) dengan xilosa sebagai standar. Gula perecluksi yang dihasilkan diukur dengan spektrofotometer pada panjang ~lombang 540 nm. Satu unit aktivitas xilanase didefinisikan ~bagai jumlah enzim yang menghasilkan 1 µmol xilosa dalam waktu 1 menit.

Amobilisasi xilanase Streptomyces spp. 451-3 Larutan Eudragit™ S100 untuk amobilisasi xilanase

ekstraseluler dibuat dengan melarutkan EudragitTM S100 ke dalam akuades sesuai konsentrasi yang diinginkan. Dengan pengadukan konstan kedalam larutan diteteskan larutan 3 M NaOH hingga mencapai pH 11.0. Setelah matriks terlarut sempurna, pH larutan diturunkan menjadi 7.0 dengan penambahan larutan 3 M HCI. Volume larutan ditera sampai 100 ml dengan akuades. Larutan disimpan pada 4°C sampai akan digunakan.

Ekstrak kasar xilanase diamobilisasi dengan Eudragit™ S100 berdasarkan modifikasi metode Sardar et al., (2000). Penentuan Konsentrasi Larutan Eudragit™ S100 dilakukan untuk mengetahui konsentrasi larutan Eudragit™ S100 yang optimum untuk mengikat xilanase, dengan menggunakan enam taraf konsentrasi larutan, yaitu 0.1, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, dan 3.0% (b/v).

Penentuan rasio konsentrasi xilanase dengan larutan Eudragit™ S100 dilakukan dengan larutan Eudragit™ $100 optimum, dengan menggunakan sebelas kombinasi rasio konsentrasi xilanase dan larutan Eudragit™ $100 yaitu 6 : 1; 5 : 1; 4 : 1; 3 : 2; 3 : 1; 2 : 1; 1 : 1; 1 : 2; 1 : 3; 1 : 4, dan 2 : 3.

Karakterisasi enzim xllanase amobil Pengujian pH optimum xilanase amobil dilakukan

dengan mereaksikan xilanase amobil dengan substrat xilan birchwood 0.5% (b/v) pada suhu 50°C selama 30 menit pada berbagai kondisi pH larutan bufer dengan selang pH 0.5 unit, yaitu menggunakan bufer sitrat fosfat 0.02 M untuk pH 3.0 -6.0 dan bufer fosfat 0.02 M untuk pH 6.0 - 7.0. Pengujian suhu optimum xilanase amobil dilakukan dengan mereaksikan xilanase amobll dengan substrat xilan birchwood 0.5% (b/v) selama 30 menit pada suhu 30 - 70°C, dengan selang suhu

J .TdtnoL dan Industri Pangan, VoL XX No. 1 Th. 2009

10

100C. AJdivitas xianase dihitung berdasarkan gola perecluksi yang terbentuk menggunakan metode Miller (1959)

Pengujian stabilitas xilanase amobil terhadap suhu dilakukan dengan menginkubasikan enzim amobil pada bert>agai suhu {30 - 70°C) selama 1 jam. Aktivitas enzim yang tersisa diuji pada kondisi standar reaksi enzimatis xilanase. Nilai aktivitas enzim tersisa dinyatakan dalam persentase dibandingkan dengan kontrol (enzim tanpa per1akuan).

Pengujian stabilitas xilanase amobil ini dilakukan dengan menginkubasikan xilanase arnobil dalam 0.02 M bufer sitrat fosfat pH 5.0 pada suhu 40°C selama 10 jam. Pengambilan sampel xilanase amobil dilakukan setiap 1 jam. Aktivitas xilanase dihitung berdasarkan gula pereduksi yang terbentuk menggunakan metode Miller {1959).

Stabilitas xilanase amobil juga dilihat dalam substrat xilan Birchwood dan xilan tongkol Jagung. Pengujian stabilitas xilanase amobil dalam substrat dilakukan dengan menginkubasikan xilanase amobil dengan xilan birchwood dan xi Ian tongkol jagung 1 % {b/v) dalam 0.02 M bufer sitrat fosfat pada kondisi optimum xilanase amobil (suhu 40°C dan pH 6.0) selama 7 jam. Pengambilan sampel xilanase amobil dilakukan setiap 2 jam.

Penggunaan berulang xilanase amobil Penggunaan berulang dilakukan berdasarkan

modifikasi metode Roy et al., (2003) dengan menghidrolisis 18 ml substrat xilan birchwood 1 % {b/v) dalam 0.02 M bufer sitrat fosfat pH 5.0 dengan 2 ml xilanase amobil (16.88 nkat/ml) pada suhu 40°C selama 1 jam. Setelah setiap siklus hidrolisis, xilan yang tidak terdegradasi dipisahkan dengan sentrifugasi pada 2000 x g selama 10 menit. pH supematan diturunkan menjadi 4.5 dengan penambahan 0.1 M asam asetat sehingga enzim amobll terendapkan dan dipisahkan dengan sentrifugasi pada 12000 x g selama 20 menit. pH supematan diatur menjadi pH 5.0. Untuk melakukan percobaan siklus kedua, enzim amobil dilarutkan dalam bufer dan ditambahkan dengan xilan yang tidak terdegradasi, selanjutnya diproses dengan cara yang sama. Jumlah gula perecluksi pada supematan diuji menggunakan metode Miller (1959).

HASIL DAN PEMBAHASAN

Ekstraksi xilan Tongkol jagung temak varietas Bisma mengandung:

5.4% air, 1.57% abu, 2.41% protein, 3.025% lemak, 38.07% serat kasar. Sera! kasar terdiri atas 65.96% selulosa, 10.82% hemiselulosa dan 23.74% lignin. Setelah delignifikasi tongkol jagung mengandung: 30.38% hemiselulosa, 44.36% selulosa dan 19.21% lignin. Setelah proses pemumian didapatkan xilan dengan rendemen 10.9%.

Proses delignifikasi tidak dapat menghilangkan lignin secara keseluruhan. Agustine (2005) menyebutkan bahwa mikrofibril selulosa dan hemiselulosa dalam suatu

I

Hasil Pene'litian

matriks hidrofobik dibungkus oleh lignin secara fisik dan lignin terikat secara kovalen. Menurut Fengel dan Wegener (1984), selulosa yang telah dimumikan selalu mengandung lignin, begitu pula kebalikannya pada lignin yang telah dimumikan.

Rendemen xilan yang diperoleh sesuai dengan penelitian Widyani (2001) yang menghasilkan rendemen xilan berkisar antara 7.64 sampai 12.94% dan penelitian Anggraini (2003) yang menghasilkan rendemen xilan berkisar antara 7.31sampai 11.45%.

Penentuan konsentrasi media penginduksi xilanase Produksi xilanase menggunakan xilan oatspett

digunakan sebagai pembanding produksi xilanase yang diinduksi oleh berbagai konsentrasi xilan tongkol jagung. lsolat 451-3 memiliki kurva aktivitas tertinggi bila ditumbuhkan pada media yang mengandung 1 % xilan jagung dengan aktivitas 4.02 U/ml (Gambar 1).

Mikroba penghasil xilanase biasanya terinduksi sekresi enzimnya pada media yang mengandung xilan mumi atau residu kaya xilan. Beberapa laporan menunjukkan bahwa xilanase dapat terinduksl oleh komponen lignoselulosa seperti pada dedak gandum, jerami padi, tongkol jagung dan bagase tebu (Beg et al., 2001). Xilan tongkol jagung merupakan bahan yang kaya sumber karbon karena menurut Fengel dan Wegener (1995), komponen lignin, selulosa dan hemiselulosa tidak dapat dipisahkan secara sempurna meskipun menggunakan pemisahan dan pemurnian yang khusus sehingga akan mempengaruhi aktivitas xilanase yang dihasilkan. Semua sumber karbon mempunyai pengaruh yang rendah pada produksi enzim. Hal ini sesuai dengan yang dilaporkan oleh Ambarawati (2005) bahwa substrat yang mengandung manan dapat menginduksi xilanase isolat 45 1-3

5

4 5 6 7

J.Teknol. dan lndustri Pangan, Vol. XX No. 1 Th. 2009

8

hari

demikian juga sebaliknya. Konsentrasi xilan jagung ini kemudian digunakan sebagai substrat pada enzim amobil.

Amobilisasi xilanase Konsentrasi 1.0% (b/v) merupakan konsentrasi

Eudragit™ $100 yang optimum . untuk mengikat xilanase ekstrak kasar, karena memiliki persentase efektivitas amobilisasi yang tertinggi, yaitu 15.51 % seperti tertihat pada gambar2.

Hasil lni lebih rendah dibandingkan dengan hasil penelitian yang disampaikan oleh Gawande dan Kamat (1999) dengan penggunaan polimer anionik Eudragit™ S100 pada konsentrasi 1% (blv) berhasil mengikat xilanase dari Aspergil/us sp. Galur 5 dan Galur 44 sebesar 70 dan 80 %. Bahkan Ai et al., (2005) mendapatkan efektivitas amobilisasi mencapai 92% dengan menggunakan xilanase dari Streptomyces olivaceoviridis E-86 yang ditumbuhkan dalam media xilan tongkol jagung.

Variasi konsentrasi xilanase yang melekat pada matriks mempengaruhi aktivitas xilanase amobil. Rasio xilanase dan Eudragit™ S100 1% (b/v) sebesar 5 : 1 menunjukkan kombinasi dimana kesempatan penggabungan antara substrat dan enzim amobil menjadi lebih banyak, karena densitas enzim pada polimer meningkat seperti yang tertihat pada gambar 3. ,

Peningkatan volume enzim (6 : 1) menurunkan efektivitas amobilisasi karena enzim yang mengumpul mengurangi kesempatan bagi molekul substrat untuk menempel pada sisi aktif enzim. Hasil serupa pemah dilaporkan pada enzim amobil Jain, yaitu papain (Hyndman et al., 1992), siklodekstrin glukositransferase (Abdel-Naby, 1999) dan kitinase (Wang dan Chio, 1998).

9 19 11 12

-a-oat spelt 0,5% --r Bisma 0,5% -tr- Bisma 1% _._ Bisrm 1,5%

Gambar 1 Kurva aktivitas xilanase Streptomyces spp. 451-3 pada xilan tongkol jagung dengan pembanding xilan oat spelt.

11

HasJl Penelition

·---. o..i_ __ ---

0.1 0.5 l 0 1.5 2.0 lO Koutatrasl Lan11.tll E•drae11™s100 (%)

Gambar 2 Pengaruh konsentrasi larutan eudragit™ 5100 terhadap efektivitas amobilisasi

JS

1 ;4 1: 3 1;2 2 . 3 1:1 3:2 2 : 1 3 I 4 , 1 S : I 6 I

R.,lo Volume Xllanue Ek1trak Kaser ; Larutao tudragllT" SIOO IY• (blv)

Gambar 3 Pengaruh rasio volume xilanase ekstrak kasar dengan larutan eudragit™ 5100 1 % (b/v) terhadap efektlvitas amobilisasi ·

Karakterisasi xilanase amobil Xilanase bebas menunjukkan aktivitas tertinggi pada

pH 5.0 (0.861 nkat/ml) sedangkan pada xilanase amobil aktivitas tertinggi terjadi pada pH 6.0 (0.122 nkat/ml) dan selanjutnya menurun dengan meningkatnya pH seperti yang terlihat pada gambar 4.

Xilanase Streptomyces sp. isolat 45 1-3 menunjukkan aktivitas relatif yang berbeda pada pH 6.0 dalam larutan bufer sitrat fosfat dan bufer fosfat, yaitu masing-masing sebesar 82.04% dan 71.59% pada xilanase bebas sedangkan pada xilanase amobil sebesar 100% dan 63.33% (Gambar 4). Hal ini menunjukkan bahwa jenis bufer berpengaruh terhadap aktivitas xilanase. Pengaruh jenis bufer pada pH yang sama terhadap aktivitas xilanase juga dijumpai pada xilanase Cellulomonas flavigena dan Thermotoga maritima. Aktivitas xilanase CeHu/omonas ffavigena pada pH optimum 6.5 dalam bufer sitrat fosfat lebitl tinggi 45% dibandingkan dalam bufer Tris-HCI (Martinez-Trujilo et al., 2003). Aktivitas relatif xilanase

J.Teknol. don Industri Pangan, Vol. XX No. 1 Th. 2009

12

100 l I

e 80" ":: ;;

~ 60 -.. a c .!! x 40 1 s E ~ 20 -

I 0

3.0 3.S 4.0 4.5 s.o 5.5 60 6.5 7.0

pH

Gambar 4 Pengaruh pH terhadap aktlvitas xlanase amobil (simbol terbuka) dan xilanase bebas (simbol solid) menggunakan bufer sitrat fosfat 0.02 M (a) dan Bufer Fosfat 0.02 M (~)

Thermotoga maritima pada pH 5.0 dalam bufer asetat meningkat sekitar tujuh kali lipat dibandingkan aktivitas xilanase dalam bufer MES, namun pada pH 5.5 aktivitas relatifnya hanya 20% lebih tinggi. Aktivitas relatif xilanase dalam tiga jenis bufer (fosfat, Tris-HCI, dan CHES) menunjukkan nilai yang berbeda (Zhengqiang, .2001).

Perbedaan aktivitas dalam jenis bufer disebabkan perbeclaan oleh pK, jenis, dan jumlah muatan ion penyusun. Setiap jenis bufer memiliki rentang pH tertentu dan kapasitas dipengaruhi oleh nilai pK-nya. Bufer akan bekerja baik pada daerah pH yang dekat dengan pK-nya sehingga semakin jauh dari pK maka kapasitas bufer-nya akan semakin menurun (Suhartono, 1989).

Amobilisasi xilanase tampaknya menyebabkan terjadinya perubahan pH optimum, yaitu pada xilanase bebas adalah pH 5.0, sedangkan pada xilanase amobil adalah pH 6.0 dengan menggunakan bufer sitrat fosfat 0.02 M. Hal inldiduga merupakan suatu efek dari amobilisasi yang dilakukan menggunakan matriks anionik. Penelitian Krajewska et a/.(1990) menunjukkan bahwa perubahan pH optimum menjadi lebih asam untuk aktivitas katalitik dibandingkan enzim bebas (pH 6.5 menjadi 6.0) disebabkan oleh penggunaan matriks kationik yang bermuatan positif, sehingga akan mengubah pH optimum menjadi lebih rendah. Observasi serupa juga telah dilaporkan untuk xilanase amobil lain (Abdel Naby, 1993, . Gouda dan Abdel-Naby, 2002). Oleh karena itu, dengan prinsip yang sama, diduga hal yang sebaliknya terjadi pada penelitian ini, karena pada matriks anionik yang bermuatan negatif akan mengubah kurva pH-aktivitas menjadi nilai pH yang lebih tinggi. Selain itu, laporan Engasser dan Horvath (1976) menyebutkan bahwa amobilisasi enzim menyebabkan terjadinya efek partisi sehingga mengakibatkan perbedaan nilai pH optimum dan atau Km enzim amobil dibandingkan enzim bebas. Efek partisi ini disebabkan adanya interaksi elektrostatik atau interaksi lain antara matriks dengan enzim disebabkan konsentrasinya pada lingkungan mikro berbeda

Basil Penelitian

pada larutan reaksi. Pengaruh suhu terhadap aktivitas xilanase diperlihatkan pada Gambar 5. Aktivitas xilanase · bebas meningkat sejalan dengan meningkatnya suhu sampai mencapai 50°C dengan aktivitas 3.01 nkatlml, selanjutnya semakin menurun pada 60°C dan hampir kehilangan seluruh aktivitasnya pada suhu 70°C. Aktivitas optimum xilanase amobil dicapai pada suhu 40°C dengan 1.58 nkat/ml dan suhu 50°C dengan 1.55 nkat/ml. Oleh karena itu suhu optimum xilanase amobil melebar menjadi 40 - 50°C. Hal yang serupa terjadi pada penelitian Gaur et a/.,(2005), xilanase amobil memiliki suhu optimum pada 55 - 65°C. Efek ini pun telah dil<ajfsebelumnya pada xilanase dari Aspergillus sp. (Rogalski et al., 1985; Abdel-Naby, 1993) dan Trichoderma sp. (Dumitriu dan Chomet 1997).

Xilanase amobil relatif stabil setelah diinkubasikan selama 1 jam pada suhu 30°C (0.79 nkat/ml). Aktivitas akan meningkat pada suhu 40°C (0.83 nkat/ml), sedangkan pada suhu 50°C aktivitasnya hanya 29.36% (0.25 nkat/ml) dan hampir kehilangan seluruh aktivitasnya pada suhu 70°C (0.005 nkat/ml). Pada xilanase bebas, aktivjtas ·xnanase menurun secara gradual sejalan dengan peningkatan suhu. Aktivitas xilanase bebas hanya 6.01 (0.042 nkat/ml) setelah inkubasi selama 1 jam pada suhu 5°C, yang merupakan suhu optimumnya (Gambar 6).

3.5

3.0

i 2.5 ; s 2.0

~ 1.5 ~ ~ LO

0.5

o.o~~_.... _ _.__._..____,__,__._--1.__,_----'--=='--

100

80

60

30 40 50

suhu ('°C)

60

IJXllanue AmobO • Xilaaase Bebu

Gambar 5 Pengaruh suhu terhadap aktivitas xilanase

30

-G- Xlla.nue AmobU

so Subu (•C)

60

-xn ...... Beb•s

70

70

Gambar 6 Pengaruh suhu terhadap stabilitas xilanase setelah penyimpanan selama 1 Jam

J/Feknol. dan lndustri Pangan, Vol. XX No. 1 Th. 2009

13

Pengujian stabilitas termal pada xilanase amobil menunjukkan aktivitas tersisa yang lebih tinggi dari xilanase bebas. Bahkan pada suhu optimum xilanase amobil yaitu 40°C, aktivitas yang tersisa paling tinggi, yaitu 97.21%. Hal ini menunjukkan bahwa xilanase amobil mendegradasi xilan dengan optimum pada suhu 40°C dan masih bertanjut selama waktu inkubasi 1 jam. Pada suhu 50°C sampai 70°C, aktivitas tersisa dari xilanase amobil mengalami penurunan drastis, karena dengan metode adsorpsi rnenggunakan Eudragit™ 8100 ini, enzim masih dapat terpapar dengan suhu tinggi dan mengalami denaturasi sehingga aktivitasnya menurun. Xilanase bebas yang mengalami penurunan aktivitas dengan peningkatan suhu inkubasi menunjukkan bahwa enzim ini tidak bersifat termostabil.

Pengujian stabilitas xilanase amobil pada suhu 40°C dan pH 5.0 dilakukan untuk mengetahui stabilitas xilanase amobil pada kondisi reaksi enzirnatis. pH 5.0 digunakan karena pada pH 5.0, enzim amobil berada pada keadaan tidak larut (terendapkan dalam bentuk gel). Kondisi pada pH 6.0 merupakan pH optimumnya, namun menyulitkan pada pengaplikasian enzim amobil di dalam suatu bioreaktor fixed bed/packed bed, seperti umumnya aplikasi enzim amobil. Selain itu, aktivitas enzim pada pH 5.0 tidak banyak berbeda dibandingkan aktivitas pada pH 6.0.

Pada pengujian stabilitas, aktivitas xilanase bebas menurun sejalan dengan peningkatan waktu inkubasi, sedangkan pada xilanase amobil relatif stabil hingga jam ke-5 dan mulai menurun hingga jam ke-10 seperti tertihat pada gambar 7. Hal ini rnenunjukkan bahwa xilanase arnobil stabil pada kondisi optimum enzimatiknya sampai 5 jam.

100

Waklu (Jam ke-)

-+-- Xlluas• Amobil - - XUanue Bebas

Gambar 7 Stabilitas xilanase amobil pada suhu 40°C dan pH 5.0

Pratiwi (2006) melaporkan hasil analisis produk hidrolisis xilanase ekstrak kasar dari Streptomyces sp. isolat 451-3 terhadap substrat xilan oat spelt 0.5% (b/v) berdasarkan nilai derajat polimerisasinya adalah antara 1 - 4 dari derajat polimerisasi awal substratnya 60 - 70, sehingga Streptomyces' sp. isolat 45 1-3 diketahui memiliki dua xilanase, yaitu endo­xilanase dan ~-xilosidase. Hal tersebut dapat menjelaskan aktivitas xilanase terhadap xilan birchwood lebih tinggi

Basil Penelitian J.Teknol. dan Industri Pangan, Vol. XX No. 1 Th. 2009

dibandingkan dengan xilan tongkol jagung, yaitu 1.46 nkaVml pada xilanase amobil dari hasil pengujian jam ke- 6 dan 0.92 nkat/ml pada xilanase bebas dari jlasil pengujian jam ke· 4 (Gambar 8). Xilan birchwood (Sigma) memiliki struktur rantai xilan yang sederhana karena mengandung 99% monomer xilosa sedangkan xilan tongkol jagung memiliki struktur yang lebih kompleks. Komposisi kimia tongkol jagung terdiri dari 35.5% serat kasar, 2.5% protein, 0.12% kalsium, 0.04% fosfor dan zat-zat lain 38.16% (Maynard, 1983). Tongkol jagung mengandung selulosa 40% bobot kering (bk), hemiselulosa 36% bk., lignin 16% bk., dan zat-zat lainnya 8% bk. (lrawadi, 1991). Menurut Widiastuti (2004), struktur kimia xilan sangat bervariasi sesuai jenis tumbuhan dan hal tersebut sesuai dengan bervariasinya xilanase yang diproduksi oleh isolat dengan aktivitas hidrolitik yang berbeda pula. Xilanase dari Streptomyces sp. 451-3 ini tidak memiliki jenis enzim untuk memutus rantai samping dari struktur xilan yang kompleks. Oleh karena itu, endo xilanase dan j3-xilosidase yang dihasilkan oleh Streptomyces sp. 451-3 menyebabkan aktivitasnya pada substrat xilan birchwood lebih tinggi dibandingkan xllan tongkol jagung. Xilanase amobil dalam bentuk terikat dengan substrat xilan birchwood maupun xilan tongkol jagung memiliki aktivitas yang lebih stabil dibandingkan xilanase bebas (Gambar 8) Hal ini disebabkan karena di dalam bentuk campuran enzim dengan substrat, enzim akan terikat dengan substrat membentuk komplek Enzim-Substrat sehingga situs aktif enzim relatif tidak mengalami gangguan dari molekul lain.

0 2 4 6 7

Waktu (Jam ke-)

Gambar 8 Stabilitas xllanase amobil (simbol terbuka) dan xllanase bebas (simbol solid) pada substrat xilan birchwood (o) dan xilan tongkol jagung (6)

Penggunaan berulang xllanase amobil Penggunaan berulang dari enzim amobil dilakukan

dengan menurunkan pH sehingga mengendapkan enzim amobil dan melarutkan kembali dengan meningkatkan pH dan dilakukan pengujian kembali. Pada penelitian ini dilakukan penambahan bufer baru pada setiap kali xilanase amobil akan digunakan kembali. Hal ini diharapkan dapat menghllangkan penghambatan oleh produk sehingga didapatkan laju konversi

14

yang lebih tinggi, selain itu kehilangan aktivitas biokatalis juga lebih rendah (Roy et al., 2004).

Gambar 9 menunjukkan bahwa setelah kehilangan aktivitas awal hampir 10% pada penggunaan kedua, aktiV11as xilanase amobil menurun sampai 50%-nya pada penggunaan ketiga. Pola yang mirip terdapat pada penelitian Sardar et al. (2000), yaitu setelah kehilangan aktivitas awal sebesar 5% pada penggunaan kedua, aktivitas tetap konstan pada 55% sampai penggunaan ketujuh.

Kehilangan sedikit aktivitas pada awal siklus dapat disebabkan oleh beberapa alasan, yaitu kemungkinan karena molekul-molekul xilanase melekat pada situs pada Eudragit™ S100 yang memiliki 'afinitas rendah'. Selain itu juga karena molekul-molekul ini merepresentasikan molekul xilanase yang memiliki afinitas rendah terhadap matriks (Sardar et al., 2000). Sampai penggunaan ketiga, xilanase amobil tidak mengalami wash--0ff (enzim lepas dari ikatan dengan matriks amobilisasi), seperti yang ditunjukkan pada tabel 1.Hal ini menunjukkan bahwa protein xilanase dapat teradsorbsi dengan cukup kuat pada matriks amobilisasi.

Amobilisasi xilanase dari Streptomyces sp. isolat 45 1-3 berhasil dilakukan dengan menggunakan larutan Eudragit S100 konsentrasi 1% (b/v), dengan rasio volume xilanase ekstrak kasar dengan larutan Eudragit S100 1% (b/v) adalah 5:1.

Xilanase amobil memilikl aktivitas optimum pada pH 6.0 dan suhu 40°C, serta stabil selama 1 jam pada suhu 30-400C, pH 6.0. Xilanase amobil dapat digunakan berulang, namun terjadi penurunan aktivitas menjadi 52.38% setelah 3 kali penggunaan.

2

Pt1111uaaanb-

Gambar 9 Penggunaan berulang xilanase amobil

Tabel 1 Kadar protein xilanase amobil

Penggunaan ke·

1 2 3

Kadar Protein (mg/ml)

0.050 0.044 0.042

3

Hasil Penelitian J.Teknol. dan Industri Pangan, Vol. XX No. 1 Th. 2009

KESIMPULAN

Ekstraksi xilan dari tongkol jagung menggunakan larutan alkali menghasilkan rendemen sebesar 10.9%. Xilan tongkol jagung dengan konsentrasi 1 % dapat digunakan sebagai media pertumbuhan bakteri dan penginduksi xilanase. Amobilisasi xilanase dilakukan dengan menggunakan matriks larutan EudragitTM S100 1% (b/v) dengan rasio volume antara xilanase dan EudragitTM S100 1% (b/v) adalah 5:1. Xilanase amobil mengalami penurunan aktivitas menjadi 23.97%, memiliki pH dan suhu optimum pada 6.0 dan 40°C, memiliki stabilitas pada suhu 30-40°C, pH 6.0 selama 1 jam. Xilanase amobil stabil selama 5 jam pada suhu 40°C dan pH 5.0. Xilanase amobil dalam bentuk terikat dengan substrat xilan birchwood maupun xilan tongkol jagung memiliki aktivitas yang lebih stabil dibandingkan xilanase bebas. Xilanase amobil dapat digunakan berulang, namun terjadi penurunan aktivitas menjadi 52.38% setelah 3 kali penggunaan.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penelitian ini didanai oleh Proyek Penelitian Hibah Bersaing dengan kontrak nomer 026/SPPP/PP-PM/DP­M/IV/2005 untuk Anja Meryandini pada tahun 2005.

DAFTAR PUSTAKA

Abdel-Naby, MA. 1993. Immobilization of Aspergillus niger NRC-107 Xylanase and 13-Xylosidase and Properties of The Immobilized Enzyme. Appl Biochem and Biotechnol 38:69-81.

Abdel-Naby, MA. 1999. Immobilization of Paenibaci/lus macerans NRRL B-3186 Cyclodextrin Glucosytransferase and Properties of The Immobilized Enzyme. Process Biochem 34: 399-405.

Ai Z, Jiang Z, Li l., Deng W, Kusakabe I, Li H. 2005. Immobilization of Streptomyces olivaceoviridis E-86 Xylanase on Eudragit™ S100 for Xylo­Oligosaccharide Production. Process Biochem 40:2707-2714.

Agustine W. 2005. Penentuan Kondisi Optimum Pertumbuhan dan Produksi Xilanase lsolat AQ1. Skripsi. Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan llmu Pengetahuan Alam, lnstitut Pertanian Boger. Bogor.

Ambarawati D. 2005. Karakterisasi mananase Streptomyces sp galur 451-3. IPB. Skripsi. Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan llmu Pengetahuan Alam, lnstitut Pertanian Bogor. Boger.

15

Anggraini, F. 2003. Kajian Ekstraksi dan Hidrolisis Xilan dari Tongkol Jagung (Zea mays L.). Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Bogor.

Anonim. 1982. Jagung Sebagai Bahan Baku lndustri. -Departemen Perindustrian. Jakarta.

Beg OK., Kapoor M., Mahajan l., Hoondal GS. 2001. Microbial Xylanases and Their Industrial Applications. [ulasan]. Appl Microbio/ Biotecnol 56:326-338.

Bradford MM. 1976. A Rapid and Sensitive Method for The Quantitation of Microgram Quantities of Protein Utilizing The Principle of Protein-dye Binding. Anal Biochem 72:91-96.

Dumitriu S, Chomet E. 1997. Immobilization of Xylanase in Chitosan-Xanthan Hydrogels. Biotechnol Prog 13:539-545.

Engasser JM, Horvath, C. 1976. Applied Biochemistry and Bioengineering (Immobilized Enzyme Principle). New York:Academic Press. Hal 127.

Fengel D. dan Wegener. 1995. Wood: Chemistry, Ultrastructure, Reactions. Terjemahan S. Hardjono. UGM Press. Yogyakarta.

Gaur R, Lata, Khare, SK. 2005. Immobilization of Xylan­degrading Enzymes from Scytalidium thermophi/um on Eudragit™ L100. World J of Microbial and Biotechnol 21 :1123-1128.

Gouda MK, Abdel-Naby, M. 2002. Catalytic Properties of The Immobilized Aspergil/us tamarii Xylanase. Microbiol Res 157:275-281.

Hyndmann DJ, Burrell R, Lever G, Flynn TG. 1992. Protein Immobilization to Alumina Supports via Organophosphate Linkers. Biotechnol Bioeng 40:1328-1336.

lrawadi TI. 1991. Produksi Enzim Ekstraseluler (Selulosa dan Xilanase) dari Neurospora sitophila pada Substrat Limbah Padat Kelapa Sawil [Disertasi). Boger: Program Pasca Sarjana, lnstitut Pertanian Bogor.

Krajewska B, Leszko M, Zaborska W. 1990. Urease -Immobilized on Chitosan Membrane: Preparation and Properties. J Chem Technol Biotechnol 48:337-350.

Martinez-Trujila A, Perez-Avalos 0, Ponce-Nayola T. 2003. Enzymatic Properties of A Purified Xylanase from Mutant PN-120 of Cel/ulomonas ftavigena. Enzyme Microb Technol 32:401--406.

Maynard LA, Loosli JK, Hintz HF, and Warner RG. 1983. -Animal Nutrition. Ed Ke-7. New Delhi: Hill Publishing Company limited

Basil Penelitian

Meryandini A, Saprudin D, Prihandono PA. Akhdiya A, Hendarwin T.2007. Characterization of Streptomyces spp. 451-3 Xylariase. BIOTROPIA Vot 14:32-42

Miller Gl. 1959. Use of Dinitrosalicylic Acid Reagent for Determination of Reducing ~ugar. · Anal Chem 31:426-428

Pratiwi FMR. 2006. Produksi Xilanase dari Streptomyces sp. Pada Substrat Xilan Tongkol Jagung. [skripsi). Bogor: Fakultas T eknologi Pertanian, lnstitut Pertanian Bogor.

Rogalski J, Szczodrak J, Dawidowicz A, llczuk Z, Leonowicz, A. 1985. Immobilization of Cellulase and ~Xylanase Complexes from Aspergil/us terrus F-413 on Controlled Porosity Glasses. Enzyme and Microb Technol 7:395-398.

Roy I, Gupta A, Khare SK, Bisaria VS, Gupta MN. 2003. Immobilization of Xylan-Degrading Enzymes from Melanocarpus albomyces llS 68 on the Smart Polymer Eudragit™ L 100. Appl Microbial Biotechnol 61:309-313.

Roy I, Sharma S, Gupta MN. 2004. Smart Biocatalysts: Design and Applications. [ulasan]. Adv Biochem Eng Biotechnol 86:1 59-189.

Roy PK, Roy U, Dube DK. 1984. Immobilized Cellulolytic and Hemicellulolytic Enzymes from Macrophomina phaseolina. J Chem Technol Biotechnol 39:165-170.

Sardar M, Roy I, Gupta MN. 2000. Simultaneous Purification and Immobilization of Aspergil/us niger Xylanase on The Reversibly Soluble Polymer Eudragit™ L 100. Enzyme and Microb Technol 27:672-679.

J.Teknol. dan Industri Pangan, Vol. XX No. 1 Th. 2009 ,

16

Shuler ML, Kargi F. 2002. Bioprocess Engineering: Basic ~ Concepts. USA: Prentice Hall.

Siso Ml, Graber M, Condoret JM, Combes, D. 1990. Effect of Diffusional Resistance on The Action Pattern of Immobilized a-Amylase. J Chem Technol Biotechnol 48:185-200.

Suhartono MT. 1989. Enzim dan Bioteknologi. Bogor. PAI) Bioteknologi IPB.

Tyagi T, Gupta MN. 1995. Immobilization of Aspergillus niger Xylanase on Magnetic Latex Beads. Biotechnol Appl Blochem 21 :217-222.

Wang SL., Chio SH. 1998. Reversible Immobilization of Chitinase via Coupling to Reversibly Soluble Polymer. Enzyme Microb Technol 22:634-640.

Widiastuti F. 2004. Karakterisasi Awai Beberapa Aspek Biomolekuler dari lsolat Xilanolitik Termofilik RT-3. [skripsij. Bogor: Departemen Biologi, Fakultas MIPA, lnstitut Pertanian Bogor.

Widyani IG. 2001. Xylan Extraction from Corncob and Soybean Hulls. Bogor Agricultural University. Skripsi.

Zhengqiang J. 2001. Characterization of A Thermostable Family 10 Endo-Xylanase (XynB) from Thermotoga maritima that Cleaves p-Nitrophenyl--0-D-Xyloside:.., J Biosci Bioeng 92(5):423-428. e.